Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Биохимический полиморфизм, систематика и филогения PHRYNOCEPHALUS (AGAMIDAE, REPTILIA)

ВАК РФ 03.00.08, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Биохимический полиморфизм, систематика и филогения PHRYNOCEPHALUS (AGAMIDAE, REPTILIA)"

ИНСТИТУТ ЭВОЛЮЦИОННОЙ МОРФОЛОГИИ и экологии

ЖИВОТНЫХ

имени А.Н.СЕВЕРЦОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

ЛИХНОВА Ольга Петровна

БИОХИМИЧЕСКИЙ ПОЛИМОРФИЗМ, СИСТЕМАТИКА И ФИЛОГЕНИЯ ЯЩЕРИЦ РОДА

РНЯУЫО СЕРИАЬ1/Э (АвАМЮАЕ, ЯЕРПЫА)

Специальность 03,00.08 - зоология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москяа - 1092

Работа выполнена в Институте эволюционной иорфологии и экологии животных им. А. Е Северцова Российской Академии Ннук

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ:

доктор биологических наук ЕЕ Орлов

кандидат биологических наук А. Е Малинников ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор биологических наук К Д. Васильев

кандидат биологических наук В. А. Калабушин

ВЕДУЩЕЕ УЧРЕЖДЕНИЕ:

Институт биологии развития и}<. ЕК. Кольцова Российской Академии Наук

Защита состоится "13" октября 1932 г. в Ц. часов на еаседании Специализированного Совета (Д. 002.48.02) по аадаге диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук в Институте эволюционной морфологии и экологии животных им. А.Е Северцова Российской Академии Наук (117071, Шсква. Ленинский пр., д. 33).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Отделения общей биологии Российской Академии Наук.

Автореферат разослан Ми^и&^Ья 1992 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета кандидат биологических наук Л. Т. Капралова

, ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ящерицы рода Р!тгупосерЬа1из - чрезвычайно сложная в систематическом плане группа. Перекрывающаяся внутри- и мэжвидовая изменчивость круглоголовок затрудняет разграничение и идентификацию форм. До сих пор в герпетологической литературе отсутствует устоявшееся мнение о составе и таксономической структуре рода РЬгупосерЬа1из, не определено точное количество видов в роде. Хорош известно, что исследование генетических приз на!-» в, в частности декретных моногенных признаков - белковых генов, зачастую позволяет разобраться с трудными с точки зрения систематика группами. Целостный анализ межвидовой и внутривидовой изменчивости биохимических признаков круглоголовок может послужить основой при определении уровней генетической дивергенции, при установлении родственных отношений сравниваемых форм и, наконец, при реконструкции филогении рода, что в свою очередь может помочь в решении вопросов, касающихся истории формирования фаун пустынь Лалеаркти-ки.

Цель и задачи исследования. Цель работы - изучение систематики и филогении ящериц рода РЬгупосбрИаЫз на основе биохимических признаков. Поставлены следующие основные задачи.

1. Изучить характер алловимной изменчивости у круглоголовок, провести межвидовой сравнительный анализ биохимических признаков.

2. Определить общий уровень биохимического полиморфизма в популяциях круглоголовок.

3. Оценить уровни генетической дивергенции различных форм круглоголовок.

4. Проанализировать полученные данные с позиций фенетического и кладистического подхода, сравнить результаты, предложить схему классификации рода. ■ . 4

б. Построить схему филогенетических отношений внутри рода

Научная новизна Впервые в рамках единого биохимического анализа проведено сравнительное исследование всех видов круглоголовок с территории Средней Азии, Казахстана и Монголии. Выявлены генетические различия для изученных видов круглоголоЬок, предлогвна схема разграничения форм внутри рода Определены уровни генетической дивергенции для рода РЬгупосерЬа1из. Предложена классификация рода, основанная на биохимических признаках. Уточнен таксономический

статус ряда форы круглоголовок. Дано предварительное описание под-видовой структуры некоторых форм круглоголовок. Построена cxi ua филогенетических отношений видов рода Phrynooephalus.

Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты вносят значительный вклад в разработку таксономической структуры рода Phrynooephalus, позволяют выявить пути эволюции группы, проливают свет на некоторый аспекты фауногеиеза аридной зоны Пале-арктики. Уточнение таксономического ранга малоизвестных форм круглоголовок моют Cj/гь полезно при установлении их природоохранного статуса. Сведения о таксономии рода могут быть использованы при составлении кадастра герпетофауны средней Азии |и Казахстана. Использование рода Phrynooephalus в качестве модельной группы вносит определенный вклад в понимание общих механизмов эволюции рептилий, а тага» з разработку проблемы микротаксономической дифференциации. Применение целого ряда разнообразных методик (фонетических и кла-дистических) определяет общую методологическую ценность представленной работы.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на 2 Всесоюзной конференции по проблемам эволюции (Москва, 1988), на рабочем соведании по круглоголовкам (Москва, 1088), на 7 Всесоюзной герпетологической конференции (Киев, 1988), ва 2 Международном симпозиуме по биологическим ресурсам Мэкголии (Галле, 1892), на мелиабо-раторном коллоквиуме Института эволюционной морфологии и экологии животных им.- A.R. Северцова АН РАН (Москва, 1992).

Публикации, Ш теме диссертации опубликовано 7 работ.

Структура я объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 10 глав, выводов. Текот диссертации изложен па «Й&отраяйца*; включает . У. таблиц^Xе/ риоункс^ и ,i3 фотография. Список литературы представлен /^наименованиями (ив них ,ifS~русских). В приложении приведены таблицы первичных данных, распечатки расчетов на ПЭВМ.

Я благодарна научным руководителям & Н. Орлову и А. Н. Милиш-никову, а такиэ первому руководителю еоэ студенческих работ П. Е. Мате кину. . я особо признательна Г. И. ШанСроту и Д. Е Семенову, бее чьей поддержки, заинтересованности и консультаций эта работа вряд

ли бы состоялась. Больаое спасибо Е В. Ананьевой, LL И. Баскевич, У. Л. Голубеву, А. С. Голубцову, Б. А. Дунаеву, Е. Ю. Иваницкой, R А. Калабушину, Л. A. Лавренченко, Е С. Лэбедэву, И. а Павлинову за помов?» в проведении расчетов и консультации при обсуждении результатов исследования. Незаменимую помовь мне оказали R Д. Абатуров, Е В. Бобров, Е И. Грабовский, Е. А. Дунаев, Л. Ю, Зыкова, Е. К1 Ива-иицкая, А. Овезмухаммедов, Е. Е Панов, Д.Е Семенов, tt (Тормозов, С. Шзммоков, Г. И. ПЬкброт, так как именно они отловили и привезли круглоголовок. Еырагаю им свою искреннюю признательность.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во "Введении" обоснованы актуальность проблемы, цель и задачи исследования.

В первой главе проанализирована история изучения систематики рода Phrynocephalus.

Материал и методы

Материал представлен 54 выборками (858) особей из природных популяций япзериц родов Phrynocophalus (13 видов), Агата (1 вид), Stollio (1вид), Trapelus (1 вид)1. Ящериц отлавливали в различных регионах Средней Азии, Казахстана, йзнголш, з Туве и в Эфиопии в 1985-1989 годах (табл. 1). Определенно систематической принадлежности произведено сотрудниками КЭ5Ш РАН Семеновым Д. В. и Шэнбро-тоа Г. И.

Биохимический анализ. Использовали мышцы бедра, почки, в некоторых случаях сердце. В ходе работы применял! вертикальный электрофорез белков в полиакридамидаом геле (Peacock et al., 1057), а также горизонтальный электрофорез в крахмальны геле\ (Smithies, 1955). Использовали стандартные электрофоретическио буферные системы (Solander et al.. 1971; Harris, Hopklnson. 1976) с собственными модификациями для некоторых ферментов. Белки окрашивали по об непринятым гистохимическим методикам (Shaw, Prasad, 1970; Selander et al., 1971; Harris, Hopklnson, 1976).

Идентификацию митохондриальной и цитоплазыатической форм МЭН, GOT, (tE проводили после выделения чистых фракций митохондий из печени у 10 ящериц P. versicolor. г

В каждом исследованном локусе (их было 16 для группы

ТАБЛИЦА 1

Характеристика выборок из природных популяций яейекщ родов Phrynooephalus. Agama. Stëlllo и Trapelus

Вид Место Дата Величина NN

отлова отлова выборки выборо*

1 2 3 4 6

Phrynooephalus Западный Казахстан, Урда июнь 1985 16 13 ■

guttatus Восточный Казахстан,

гора Ушкара ИЮНЬ 1987 14 14

Восточный Казахстан,

Андреевка июль 1987 33 15

P. helioscopus Каракалпакия, плато сентябрь

Устюрт, 70 км В Жаслыка 1985 12 зо

Туркмения, малый Балхан апрель 11986 3 33

Казахстан, п/о Мангыш-

лак, Таучик Каракалпакия, плато ИШЬ 1985 Б 32

Устюрт, 70 км 3 Жаслыка ИШЬ 1986 18 31

Каракалпакия, остров

Варса-Кельмес 13 34

Туркмения, Гекдере апрель 1987 5 35

Узбекистан, Аякагыгма апрель 1987 10 39

Узбекистан, юг Каршин- апрель 1987 3 40

ской степи

Казахстан, Кыаыл-Ордин- май 1987 б 36

ская обл.

Восточный Казахстан,

Сюгатинская долина,

30 км D-3 Чунджа июнь 1987 9 37

Восточный Казахстан,

гора Ушкара ИЮНЬ 1987 17 88

P. Таджикистан, гора Окбеяьмай 1988 4 41

Туркмения, Репетек май 1985 53 43

lnterscapularls Туркмения, Куртлинское

вдхр. май 1985 22 45

Туркмения, Репетек сентябрь

1985 101 44

Туркмения, 6 км С-3

Гекдере апрель 1987 17 47

P. golubewil Каракалпакия, Бозгул май 1987 43 46

Туркмения, Вами апрель 1986

P. rolenurus 1987 . 4 18

«Восточный Казахстан,

озеро Зайсан ИЮНЬ 1985 4 16

P. moltschanovl ★Каракалпакия, Воэгул май 1987 17 17

P. mystaceus Туркмения, Репетек 5 48

Каракалпакия. Бозгуд май 1987 20 49

Восточный Казахстан,

пески Суртке шонь 1987 И 50

Восточный Казахстан,

Аядреевка июнь 1987 3 81

- Б -

• окончание Таблицы 1

1

P. г adds 1

P. retlculatus

Туркмения, 50 км Ю-В ~ Ашхабада Туркмения, Кели Туркмения, 25 км В Кели Таджикистан, заповедник "Тигровая балка" Узбекистан, КызылКумская станция Западная Туркмения, Бургун

Узбекистан, Дарахды Узбекистан, Еркулты Узбекистан, Шафрикан Туркмения, Лебап Таджикистан, заповедник "Тигровая балка" Узбекистан, верганская долина (Окбель, Коканд) Монголия, Сбот-Хурал

Монголия, Галбын-Гоби Монголия, Олгон-Элс Монголия, Баян-Дов Монголия, Бэгэр Монголия, Ургамал Монголия, Лун Монголия, Уэнч Тува, озеро Тере-Холь ★Восточный Казахстан, Сюгатинская долина

P. rossikowi

P. sogdlanus

P. strauchl

P. versicolor

сентябрь 1985 14

апрель 1987 13 апрель 1987 10

апрель 1989 10

ишь 1985 11

апрель 1987 17 апрель 1988 16 апрель 1988 15 апрель 1988 3 апрель 1987 10

апрель 1989 19

апрель 1987 24 июнь-икшь 1985 15

----"---- 19

----..---- 17

----"---- 12

19

август 1988 21 август 1988 21 август 1088 19 август 1985 23

24

26

27

25

19

20 21 22 23 29

42

28

1 2

3

4

5 7 В 9

6

30 км Ю-3 Чунджа июнь 1987 11 10

★Восточный Казахстан, 24

Айдарлы ишь 1987 11

★Восточный Казахстан,

озеро Алтын-Коль август 1988 4 12

A?ama agama Эфиопия, Гамбела сентябрь

1988 7 54

Stelllo Туркмения, Каракала, октябрь 6 52

caucas1us Шарлаук 1986

Trape1us Каракалпакия, 40 км КЪВ май 1987 53

sansulnolentus Нукуса, Бозгул 11

★Анализ распределения аллелей в 16 локусах для исследованной группы видов показал, что виды P. melanurus (N выборки 16) и P. moltschanovl (N выборки 17) в рамках данной работы целесообразно рассматривать вместе с видом Р. nuttatus; а выборки, собранные в долине реки Или и определенные как P. versicolor paraskiwl (NN 10, il, 12). следует относить к виду P. guttatus.

"guttatus" и P. strauchl (Pgd, mt-Qot. Ldh-1, Ldh-2, UJh-l. Udh- 2, Gpd, Gpl, Pgm, Sod, Ck, Gp-1, Gp-2, (Зр-З, Gp-4, Мв-1) и 15 для остальных видов (кроме №-1)) «определяли частоты аллелей в выборка.

Математическая обработка данных. Вычисляли меры генетичесглй изменчивости: среднее число аллелей на локус (А), процент полиморфных локусов (Р) при введенном пороге в 852. S9X и бее порога, олвдаемую и фактическую гетеро8иготность (Нехр, Hobs); коэффициенты генетического сходства и генетических дистанций (Cavalli-Sforza & Edwards, 1967; .Edwards, 1071. 1074; Nel. 1072, 1078; Rogers, 1972; Wright, 1078). Ib матрицам генетических'коэффициентов с использованием 4гх вариантов кластеризации и метода Farns (107.2) строили фенограммы и Wagner деревья. Все перечисленные процедуры вычисления проводили по программе BIOSYS (Swofford, Seiander. 1981), Кладограмыы по отдельным биохимическим признакам как при испольвовании модели "докус - признак", так и модели "аллель -признак" строили по программе PALP (Swofford, 1985).

Характеристика белковых спектров ящериц родов Phrynooophalus, Agama. Trapelus, Stelllo

В главе приведены фотографии и описания спектров 16 исследованных локусов, даны схеш/ распределения аллелей по видам круглоголовок, для каадого локуса описаны диагностические аллели вида. Биохимическая изменчивость ящериц рода Phrynooephalus Приведены данные по уровню генетического полиморфизма в популяциях и дня видов в целом. Сопоставлена генетическая и морфологическая изменчивость видов.

Основные порЬды к анализу биохимических данных для филогенетических реконструкций

В обзоре рассмотрены принципы фонетического и кладистическога подхода в систематике, их применение при анализе адлозимной изменчивости. Приведено описание и свойства различных генетических коэффициентов, критерии их применения. Описаны методы кластеризации. Разобраны возможности использования биохимических признаков для кладистических реконструкций с привлечением "классического" подхода (Hennig, 1966) в интерпретации Patton & Avise (1083), количественных методов, оперирующих отдельными признаками (так называемый

Wagner tree method (Farrls, 1970)) и количественных методов, использующих генетические дистанции. Дан анализ кодировки электрофо-ретических признаков. Рассмотрены модели "аллель - признак", "ло-кус - признак", принципы их применения, определения состояния и полярности признаков в рамках кавдой модели. Признается оправданным стремление исследователя параллельно применять различные подходы при обработке своих данных.

Общий принцип выявления таксономической структуры рода Phrynocephalus

1. Основой для построения системы рода служила та модель от- . носений мелду формами круглоголовок, которая была максимально согласована со всем многообразием полученных фенограмм и кладограмм.

2. Выделение таксонов проводили в соответствии с критерием монофилии группы (в случае фенетических классификаций этот' критерий заменялся на принцип единства группы).

3. Таксономический ранг форм определялся по уровню дивергенции данной формы от ее сестринской. Уровни дивергенции оценивали по величинам генетических дистанций мелщу формами. Были построены гистограммы распределения 5 коэффициентов генетической идентичности, генетических дистанций и патриотических дистанций (Caval 11-Sforza ft Edwards, 1967; Ne 1, 1972; Vriçfht, 1978), по которым выделялись пики и границы, предположительно соответствующие различным уровням дивергенции (рис. 1). С учетом известной классификации рода Phrynocephalus выделенные уровни трактовались как по-пуляционные, подвидовые, видовые, надвидовые и родовые. Ранги (родовой, надвидовой (группа "близких видов), видовой .утодвидовой) присваивались таксонам, начиная с таксономических единиц низшего уровня, в обязательном согласии с правилом совместимости системы и кладограммы. '

Генетический и кладистический анализ биохимических признаков

•генетический анализ

Фенетическая кластеризация порождает большое количество вариантов как в пределах отдельного алгоритма кластеризации, так и в пределах коэффициента Однако, все мнотество полученных фенограмм можно поделить на два класса, хотя в пределах каждого есть разли-

N

15»-Ш-ш-

lojr-

90-W-

«Р-»o-о

Рис. 1. Распределение генетических дистанций для изученных видов рода Phrynocephalus, а модифицированный коэффициент Rogers (Wright, 1978),

Ш а,

h-MP

0.Ю

0.28

0.30 0.40

н

U ilo № Ю К

Mo

-4S -зо

-о

Ря

o.so

обо ало о-(о

Ь. генетическая дистанция а Caval1J-Sforza & Edwards (1967), chord. Гистограмма отражает картину до сглаживания, линия с точками - после сгла- ,' ливания.

N I»

Ito •W ■90 • IS 60 HS 30 15

b Q.io о.го о.») о.чо ojo о.50 ода 0J0

- g -

чия: 1. построенные методом UPGMA по большинству использованных коэффициентов (рис. 2а), 2. метод UPGMA, коэффициент Edwards "Е" (Edwards, 1071, 1974); и Y/PGMA, коэффициенты Cavalll-Sforza & Edwards aro и chord (Cavalll-Sforza & Edwards, 1967) и Edwards "E" (рис. 2b). В обоих случаях род Phrynocephalus делится на 8 четко различающихся друг от друга групп видов, однако состав двух из них варьирует. На фенограммах первого класса разбиение имеет следующий вид:

1.. Группа "guttatus" (Семенов, 1987), в которую входят следу-коте видь: Р. guttatus, P. versicolor, а тага© "спорные" виды - Р. moltschanovi, P. melanurus; 2. P. helioscopus с двумя четко различающимися формами; P. retloulatus .(западная Туркмения) и Р. raddel; 3. P. reticulatus (Узбекистан); 4. P. interscapular^, Р. sogdlanus; б. P. golubewll; б. P. mystacsus; 7. P. rosslRowl; 8. P. strauch 1.

Второй вариант отличен от предыдущего разбиением групп 2 и 3. Группа 2 представлена лишь P. holioscopus, а группа 3 состоит из P. raddel и P. reticulatus (западная Туркмения и Узбекистан).

Излученные нами схемы во многом сходны с классификацией, построенной по морфологическим характеристикам, хотя в некоторах случаях существенно отличается от традиционной системы круглоголовок. В первую очередь это касается видов P. reticulatus, P. raddel. ЯПрркцы из западной Туркмении, определенные как P. reticulatus banni kovi оказались фенетически ближе к двум подвидам Р. raddel, чем к своему номинативному подвиду из Узбекистана

Кмадистический анализ

Wagner деревья, пострэеиное на основе генетических ¡дистанций

Wagner деревья строили по коэффициентам Rogers (1972), модифицированному Rogers (Wright, 1978), Cavalll-Sforza S Edwards arc и chord (1967), Edwards "E" (Edwards, 1971, 1974), Prévost1 (Wright, 1978), которые обладают свойствами метрики. Внешняя группа была представлена тремя родами (подродами) семейства Agamldae: Agama, Stell lo, Trapelus. Существенных различий в топологии деревьев не обнаружено. Лишь дерево по модифицированному коэффициенту Rogers отличалось от остальных местом присоединения. Р.

Й т

HlflHtMUII Н 111 11« II

Рис. 2. Фенограша различий для рода Phrynocephalus, построенная по модифицированному коэффициенту Rogers (Vrlght. 1978) (Dr), a. - UPGMA, b. VPQMA. Нумерация соответствует нумерации выборок в таблице 1.

ffolubswii.

Руководствуясь критериями монофилии и генетических дистанций, на основе полученных деревьев внутри исследуемого рода Phrynocephalus • возможно выделение следующих групп видов:' 1. P. versicolor, P. guttatus (VG); 2. P. hellosccpus (с двумя формами) (HELI); 3. P. raddel, P. reticularis (с двумя формами) (RERA); 4. P. lnterscapularls, P. sogdlanus (SOIN); 5. P. eolubewl 1 (GOLU); 6. P. mystaceus (MYST); 7. P. rosslko*l (ROSS); 8. P. strauchl (STRA).

ГЬлученные деревья во многом схожи с фенограммами (рис. 2а, Ь; 3), хотя есть существенные различия в порядке объединения групп видов. Ш-иному здесь также трактуются взаимоотношения между Р. raddel и двумя формами P. reticulatus (см. ниже). .

Клаиограит, построенные на основе данных по состояниям бю-хиитесклх признаков в модели "аллель -признак"

Кодируемые состояния признака соответствовали присутствию либо отсутствию аллеля в выборке. Основание кладограммы задавалось по месту вхождения внешних групп (родов агам) и гипотетического предка (HYPA) (совокупность аллелей, которые были найдены по крайней мере у двух из четырех исследованных родов).

Согласованная (consensus) кладограмма подтверждает выделение 7 групп родственных видов внутри рода Phrynocephalus, полученных по Wagner деревьям с учетом генетических дистанций, и не противоречит выделению восьмой (P. helloscopus) (рис. 4).

Сопоставление результатов фенетического и кладисттеского анализов

Для фенетического анализа обнаружено противоречие ^ выделении групп видов как в пределах метода, так и в пределах коэффициента. В то же самое время, этот анализ не добавил ничего нового к тому, что было получено при обработке данных с позиций кладисти-ческого подхода Кладистический же анализ показал более стабильный результат. Набор и состав выделенных групп видов не различался при использовании разных коэффициентов и разных методов построения кладограмм.

Кроме того, следует отметить, что кладистическая схема в от-

г.ов

.08

К«

-.24

Г.39

I

(V

я Рис- 3. Уагтг дерево, построенное по модифицированному коэффициенту Ксцгеге (\frlttht. 1078) (иг), для рода Рш-упосерпаХиз. Нумерация соотвгтствует нумерации выборок в таолице 1. в

Рис. 4. Согласованная (consensus) кладограыма.

личие от (Генетической не противоречит господствующему взгляду на таксономическую структуру P. reticulatus, что можно рассматривать как показатель ее болькей адекватности.

Таким образом, мы приняли схему, полученную при использовании кладистических методик. В дальнейших исследованиях структуры выделенных групп видов мы опирались на кладограммы и, следовательно, полученную систему рода можно считать филогенетической.

Группы видов, столь однозначно выделенные по дистантным Wagner деревьям, скорее всего естественные образования - надвида, т.к. формы, составляющие данные группы, аллопатричны и трактуются традиционной систематикой как близкие виды или подвиды.

Группы видов в пределах рода Phrynocephalus: сравнение с предыдущими исследованиями

В главе проведено сопоставление результатов настоящего исследования с предыдущий! классификациями рода. Отмечены значительный совпадения/разногласие касается положения P. straucht. to результатам данного анализа кругаоголовка Штрауха не родственна Р. reticulatus, с которой ее часто сближают (Банников и др., 1С77; Ananjeva & Tunlyev, 1992) и является представителем особой ветвн рода Phrynocephalus.

Дифференциация внутри выделенных групп видов

Группа "guttatus"

Виды P. versicolor и P. guttatus хорошо различаются мевду собой, формируют 2 клады. Одну группу составляют ящерицы вида Р. versicolor, пойманные на территории Монголии и Тувы. К другой группе относятся восточноказахстанские популяции круглоголовок, определенные как P. versicolor paraskiwi, а также ящерицы, выделенные в виды P. guttatus, P. nwlanurus, P. rroltschanovi. Средние значения коэффициентов генетической идентичности / дистанций и патриотических дистанций для выборок, относящихся к разным кластерам, находятся в пределах видовых значений. Выборки из долины реки Или, определенные как P. v. paraski¥i, оказались в кластере/кладе P. guttatus. Отличия илийских популяций от пестрых круглоголовок из Иэнголии и Тувы соответствуют видовым. С другой стороны, илийс-кие ящерицы генетически близки к ящерицам, относящимся к другим

- 1Б -

видай - P.. guttatus, P. melanurus, P. moltschanovl. Уровень различий weаду ними доходит до популяционного. Таким образом, мы встретились о епр одним несоответствием между a priori принятой классификацией и версией, основанной на биохимических признаках (Лихно-ва, Ыилишников, 1988; Милишников. Лихнова, 1989).

Для P. guttatus можно предположить следующее.

1. Биохимический анализ подтверждает, что на территории Казахстана и Средней Азии обитаю! 3 подвида вертихвостки: P. g. guttatus, Р. е. ku3chakewitschl - Семиречье, P. g. alpherakil -верхнее и среднее течение реки ИЛи (видимо, до Капчагайского водохранилища) .

2. Видовой статус P. moltschanovl и P. melanurus не подтверждается биохимическими данными, показана их близость к номинативному подвиду вертихвостки. В то же время, полученный результат можно трактовать как проявление несоответствия скоростей морфологической и биохимической эволюции.

3. На территорию восточного Казахстана пестрая круглоголовка, по-видимому, не заходит.

Обосновано выделение подвидов и переходный характер некоторых популяций P. versicolor. Биохимические формы, населяющие Туву с одной стороны и южную, центральную и восточную Шнголию с другой, соответствуют разным подвидам P. versicolor - P. v. kulaglnl и Р. v. versicolor соответственно, которые выделяются по морфологическим признакам (Семенов, Шэнброт, 1989). Популяция из Ургамала является переходной - из всех популяций номинативного подвида она блилайшая к тувинской.

Особый интерес представляют выборки из монгольской Джунгарии (Узнч) и окрестностей Бэгэр, у которых обнаружены аллели, характерные как для P. versicolor из Монголии, так и для P. guttatus из Казахстана Считается, что в этом районе (по крайней мере, в Уэнч) (Семенов, Шэнброт, 1989) обитает форма Р. v. hispida Отличие выборки из Уэнч от всех выборок, представляющих номинативный подвид пестрой круглоголовки, достаточно велико и находится в пределах подвидовых значений.

Наблюдаемое распределение аллелей у P. v. versicolor, P. v.

hispida и P. guttatus и взаимоотношения меаду этими тремя формакш можно объяснить двояко. 1. Если предположить, что P. v. hispida является наиболее примитивной формой P. versicolor и наиболее близкой к общему предку P. versicolor и P. guttatus. 2. Шиуляции, населяющие Монгольскую Джунгарию, имеют гибридогенкое происхождение - P. versicolor х P. guttatus.

Очевидно, что P. versicolor и P. guttatus является сестринскими формами. Поскольку первый вид относится к фауне Центральной Азии, а второй - к фауне Средней Азии и Казахстана, естественно возникает вопрос о месте формирования и эволюции этой группы. Результаты анализа Wagner деревьев свидетельствуют в польву больше? примитивности P. guttatus, поэтому, молено предположить, что предок группы обитал на территории восточного Казахстана и/или Джунгарии В дальнейшем произошло разделение единого ареала с образованием двух викариирующих форм. Становление современного ареала Р. guttatus (расселение вплоть до Северного Кавказа) могло происходить значительно позднее и не сопровождалось значительными генетическими изменениями. В пользу того, что исходной течкой развитие клады, включающей в себя P. guttatus и P. versicolor, является район, географически близкий к Джунгарии, говорит и тот факт, что самые примитивные популяции P. versicolor найдены в Джунгарии, откуда они, по-видимому, распространились на восток и далее на север.

Группа P. reticulatus - P. raddei

Результаты кладистического анализа говорят о большей генеалогической близости двух форм Р. retioulatus по отношению друг к другу в сравнении с P. raddei. Однако, генетические различия между ящерицами, относимыми исходно к подвидам reticulatus и bannikovi, достигали видового уровня, что говорит о целесообразности выделения сетчатых круглоголовок иг западной Туркмении в отдельный вид P. bannlkovl.

На примере этой группы ярко прослеживается преимущество кладистического подхода по сравнению с фенетическим. Расхождение кла-дистической и фонетической схем (последняя предполагает большую• близость P. raddei и P. bannlkovl по сравнению с P. reticulatus)

можно обменить значительно различающимися скоростями эволюции биохимических признаков у двух форм P. reticulatus и P. raddai. Анализ Wagner деревьев, построенных по генетическим дистанциям, пока-вывает4 что эволюционное развитие P. reticulatus после отхолдения от общего предка характеризуется большим количеством изменений по сравнению о P. bannikovi и P. raddel, То есть, можно предположить, что скорости эволюции P. bannikovi и P. raddel относительно медленные, в то время как у P. reticulatus - относительно быстрые. Тогда, различия э скоростях эволюции могут привести к тому, что форма bannikovi окаается Фенетически ближе к P. raddel, чем к Р. reticulatus, и лишь кладистический анализ сможет выявить зволюци->н ' "

Биохимический анализ говорит за монотипичность гакаспийской круглоголовки, так как генетические различия ыеаду номинативной формой и формой ЬоеЗДдеп не достигают подвидового уровня.

Я. ¡пЬвгвсари1аП5 - Р. зовсИатз

Совокупность полученных данных позволяет рассматривать Р. зо^апиБ как недавно возникшую Форму, еще не накопившую достаточного для придания ей видового ранга количества отличий от родительского вида Р. 1^егзоари1аг1з.

Р. щэЬасвиз

Не подтверждается выделение подвидов ушастой круглоголовки на территории Средней Азии и Казахстана

Фенетические и кладистические

отношения внутри группы P. raddel -P. reticulatus.

Р. /»^оясощд

По нашим данным в пределах вида Р. ЬеНогсориг выделяется две группы популяций: из северной и восточной частей ареала и из южной части ареала (рис. 2а, Ь; 3). Различия между ними находятся между видовым и подвидовым уровнями дивергенции.

Для каждого выделенного кластера/клады возможна дальнейшая дифференциация. Так, среди северных форм Р. ЬеПоэсориз отличия уровня подвидовых характерны для выборки из Ушкары. Для южной формы Р. ЬеНозсориг можно выделить две группы популяций с уровнем отличий, соответствующих подвидовоиу. К первой относилась выборка из Ферганской долины и одна ив выборок из окрестностей Аякагытиа (т.е. ящерицы подвида заШа11еу1), ко второй - выборки из Каршинс-кой степи, с малого Балхана и вторая выборка из Аякагытма.

Филогенетические отношения между группами видов рода РЬгупосерЬа1цз

Методы построения кдадэграш

Реконструкция филогенетических отношений будет обоснована с наибольшей надежностью в том случав, если одновременно используются принципиально разные методы ее проведения. Пээтому. в дополнение к уяэ описанным процедурам был выполнен кладистический аналиа, опиравшийся на использование в качестве таксономических единиц групп видов, выделенных ранее. Это позволило привлечь новые методы анализа данных, основанные на моделировании эволюции отдельных признаков.

Кроме того, сравнивая деревья, полученные разными способами, мы надеялись оценить степень пригодности тех или иных методов представления биохимических данных для филогенетических реконструкций.

Модель "локус - признак'

Изложена последовательность представления биохимических данных для кладистических реконструкций: определение состояния признака; формирование эволюционной гипотезы для докуса - обоснование предкового состояния, построение таксон-признакового дерева с минимальной длиной ветвей; взвешивание локусов; последовательное кодирование одних и тех ие данных с тремя различными уровнями разре-

Рис. 6. Итоговая схема филогенетических отношений изученных видов рода РЬгупооерЪа1из.

Ret - P. retioulatus retlculatus ■,

Вал - P. bannlkovl (P. retlculatus bannlkovt)

Rad - P. raddei

Ross - P, rossikowl

Golu - P. golubewll

HelH - P. helloscopus helloscopus

Hall - P. helioscopus (северная форма, южное Прибалхашье)

He 12 - P. helloscopus (южная форма, но не подвид saldalievi)

HelS •i .P. h. saldalievi

VerY - P. versicolor versicolor

VerK - P. v. kulaglni

VerH - P. v. hispida

6ut3 - P. guttatus guttatus

GutA - P. g. alpherakll

ButK - P. g. kuschakewltchl

Stra - P. strauchl

Sog - P. sogdlanus

Int - P. lnterscapularis

Myst - P. mystaceus

шоккя.

Модель "аллель - признак" '

В рамках данной модели опробывались различные варианты кодирования (с учетом частоты аллеля и без учета) и взвешизания признаков (дифференциальное взвешивание для аллелей разных локусов), а также кодирование с разными уровнями разрешения (т.е., введение нескольких порогов по' частоте аллелей).

Обоснование итоговой кладюттэской гипотезы

Последовательный анализ полученного многообразия кладограш поаволил обосновать выбор итоговой кладистической гипотезы (рис. 6).

Wagner сеть

Структура полученной разными методами Wagner сети характеризовалась следующими особенностями. Во-первых, во всех случаях выделялась единая ветвь, включающая RERA, ROSS, GOLU, HELI (RRGH). (Основание дерева никогда не фиксировалось через эту группу, отсюда, естественный вывод о кладистическом единстве группа ) Во-вторых, соединение четырех ветвей.RRGH, VQ, SOIN, MYST происходило всегда единственным способом. Противоречие в исходных Wagner сетях касалось лишь положения STRA, во-первых, и структуры группы RRQH, во-вторых.

Определение основания дерева

Для описанной выше структуры Wagner сети выделялось два принципиально различающихся варианта формирования ориентированного дерева В первом случае основание задавалось таким образом (по месту вхождения внешних групп и/или гипотетического предка), что от общего ствола первым ответвлялась группа MYST, либо SOIN (значительно реже), либо обе вместе. Во втором случае - раньше всех отходила группа V3, и, соответственно, выделялась, клада, включающая STRA, MYST и SOIN. Обосновывается, что второй вариант определения основания дерева является артефактом, возникшим при реконструкциях по биохимическим признакам за счет несбалансированного вклада одной частной гипотезы (гипотевы об эволюции отдельного локуса) в результирующую. Таким образом, признается приоритет первого варианта определения основания дерева Представляется наиболее вероятным,

что именно группа MYST раньше других изученных вступила на путь самостоятельной эволюции, хотя, очевидно, группа SOIN не сильно уступает MYST в этом.

Возюхнт пути эвожщи pom Phrynocephalus Реконструированная схема филогенетических отношений видов рода Phrynooephalus позволила ввдвинуть максимально-экономную гипотезу об эволюции экологических характеристик яиэриц и их ареалов.

Признается, что наиболее древнее происхождение имеют туранс-кие автохтонные псаммофилы, а именно, 1. P. mystaceus, 2. Р. Interscapulars и P. soçrdianus, причем первая и вторая группы родственными не являются. Если предположить, что исходные формы таю» были псаммофилами, то дальнейшая эволюция круглоголовок, по-видимому, пошла в сторону генерализации с образованием экологически •Пластичных видов, обитающих на разных типах грунтов, включая твердью. В качестве примера можно привести P. strauchl. В дальнейшем, вероятно, часть эвритопных форм проникла в Центральную Азию и дала начало центральноазиатской фауне круглоголовок. Это предположение вытекает из полученных нами результатов, касающихся P. versicolor, оно также подтверждается исследованием Масеу et al. (1991), пока-вавшим кладистическое единство центральноазиатской фауны круглоголовок в целом. Последующая эволюция в. Туране протекала в сторону специализации к лизни на твердых грунтах. Освоение этих местообитаний было связано' с появлением новой клады, представителями которой ныне являются Р, retioulatus, P. raddel, P. helloscopus, Р. golubewli, P. rossikowj.

Филогенетические отношения автохтонных иранских и афганских видов с туранскими пока не ясна Близость ряда псаммофильных афганских форм (P. luteoguttatus, P. ornatus, P. clarkorum, P. euptilopus) к основанию филогенетического древа круглоголовок была бы подтверждением гипотезы об исходной псаымофильности рода и локализации исходного очага формообразования рода Phrynooephalus на территории Афганистана - южного Турана

Гипотезу о происхождении круглоголовок в Центральной Азии наши данные, также как и исследование Масеу et al. (1991) не подтверждают.

Если принять изломанную выше схзыу эволюции рода Phrynocephalus, тогда точка зрения Никольского (1916) о вторнчнос-ти фауны пресмыкающихся арало-каспийских пустынь и первичности центральноазиатской не подтверждается. В целом результаты нашего анализа согласуются со взглядом Чернова (1959) на существование особого древнего среднеазиатского очага формирования песчаной гер-петофауны.

ЕЫВОДЫ

1. Генетический и кладастический анализ биохимически признаков по 16 белковым локусам у представителей рода Phrynocephalus (фауна Средней Азии,'Казахстана и Монголии) позволил выделить 8 групп видов в пределах этого рода- 1. группа "guttatus", 2. Р. mystaceus, 3. P. lntersoapularis - P. sog^ianus, 4. P. raddel -retioulatus, 5. P. rosslkowl, 6. P. strauchl, 7. P. helloscopus, 8. P. golubewii. ^

2. Полученные кладистические модели демонстрировали большую согласованность между собой и с традиционной систематикой, чем фе-нетическке.

3. Обнаружены несоответствия между полученными на основе биохимических признаков кладистическими гипотезами и традиционными представлениями о систематике рода Phrynocephalus.

Биохимический анализ не подтверждает выделение P. malanurus и P. moltsohanovl в самостоятельные виды. Ягэрицы, оо.чтающие в долине реки Или должны быть отнесены к виду P. guttatus, а не Р. versicolor paraskiwl. Таким образом, группа "guttatus" представлена двумя видами (для фауны Средней Азии, Казахстана и Монголии): P. guttatus и P. versicolor.

' Предполагается, что формы P. raddel, P. reticulatus и Р. bannikovi являются видами в пределах надвидовой группировки raddel - reticulatus.

Выделено 2 формы P. heliosoopus - северная (она, вероятно, включает номинативный ' подвид) и южная (включающая подвид saldallevl).

Исходя из уровня генетических различий между песчаной и сог-дианской круглоголовками, вторую предпочтительней считать подвидом

пэрвсй.

4 Сформулированы гипотезы относительно внутривидовой структуры рада ксследоваиных форм.

й!д P. versicolor з фауне России и ШР по данным проведанного анализа представлен треш подвидами: P. versioolor versicolor (кэнграаьная, ганая а восточная Монголия), P. versicolor kulsgint (îyi'H и сегеро-западная Цэнголия), P. versicolor hispida (восточная Дяунгаркя). Взроятио, Р. v. hispida является наиболее примитивной формой P. versicolor и наиболее близкой к об сему предку Р. versicolor и P. guttatus.

Подтверждено обитание на территории Казахстана и Средней Авт трех подвидов P. guttatus: P. guttatus guttatus - западный Казахстан, Р, guttatus kuschakewltchi - Сзмиречье, P. guttatus alpherskn - долина pont Или.

В пределах P. raddei не подтверждается выделение подвида boe&tgerl.

ЕЬкаэана генетическая однородность популяций Р. interscapularis Средней Азии, а такяв популяций P. mystaceus Средней Азии и Казахстана.

Популяция северной формы Р, helíoscopus из «иного Прибал-хааья заслуживает, возможно, выделения в отдельный подвид. ГЬказана генетическая неоднородность популяций южной формы Р. holioscôpus. Выявлено два варианта' 1. кз юкной Туркиении и южного Узбекистана; 2. из йгрггкекой долины.

б. Предполагается, что наиболее древними по происхождению из исследованных видов круглоголовок являются тураяскио автохтонные псамюфилы, а именно, 1. P. mystaceus, 2. P. interscapulars и Р. sogdisnus, причем первая и вторая группы родственными не являются.

б. В отдельную, более позднюю по происхождению, группировку родственных видов внутри рода Phrynocephalus. объединяются склеро-бионтнш формы: P. raddei, P. retlculatus, P. golubewll, Р. hslloscopus, P. rossikowl.

?. Положзнио группы "guttatus" на филогенетическом дереве не согласуется с точкой зрения о первичности центральноааиатской фау-8Ы круглоголовок по сравнению со среднеазиатской.

- 24 -

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Килшпников А. Е , Лихнова О. Е Некоторыз особенности генетической изменчивости в популяциях ' пестрой круглоголовки (Phrynocephalus versicolor Str.) Монголии и Тувы. Герпетол. исс-лед. в Мэнгольской Народной Республике, U., 1986, с. 143-151.

2. Орлов Е Н.. Ышшшников А. Е , Победоносцева Е. Kl, Лихнова 0. Е Результаты исследования популяционной структуры песчаной круглоголовки - Phrynocephalus interscapularis (Agamldae) морфологическими и электрофоретическими методами. Эоол.ж., 1988, том LXVII, вып. 11, с. 1689-1698.

3. Лихнова 0. IL , Ыилишников А. Е Генетическая дифференциация и таксономия ящериц рода Phrynocephalus группы guttatus (Agamldae, Reptil la). Проблемы ыикроэволюции. Тез. докл. Е, ШИП, 1988, с. 105-106.

4. чШшишиков А.Е\ Лнхнова 0. Е Биохимическая систематика рода Phrynocephalus (Reptilla, Agamldae). Вопросы герпетологии. Авторефераты докладов Седьмой Всесоюзной герпетологической конференции. Киев, Наукова думка, 1989, с, 163-164.

5. Senenov D.V., Shonbrot & I., Liohnova О. Differentiation of the "guttatus"-conplex (Phrynocephalus, Agamidae), Ire Abstracts of the 6th Ordinary General Meeting of the Sooletas Europasa Негреtologlca, 19-23 August 1991, Budapest, Hungary, p. 81.

6. Llkhnova Ö.P., Mlllshnikov A.N. Protein variability and systematlcs in lizards Phrynocephalus versicolor (Agamldae) from Mongolia In: 2. Internationales Symposium "Erforschung blologlsoher Ressourcen der Mongolei" In Deutschland vom 25.3 -30.3 1992, Thesen, p. 79-80.

7. Likhnova 0. P. Biochemical systematlcs of toad agamas Phrynocephalus (Agamldae, Reptilla). In: Abstracts of the Asian Негреtologloal Meeting 1892 15-20 July, Huangshan, Annhui Provlnoe, China, 1992, p. 46-47.

US

Подп. а печ. 07.09.92 г. Тираж 100 экз. Заказ V 18300

Централизованная типография ГА "Союзстройматериалов"